The Role of Theory in Advancing 21st Century Biology pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:National Research Council (U. S.)

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:2008-1

价格:$ 50.85

装帧:

isbn号码:9780309112499

丛书系列:

图书标签:

理论生物学
21世纪生物学
生物学哲学
科学理论
系统生物学
合成生物学
进化生物学
计算生物学
建模
交叉学科

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具体描述

Although its importance is not always recognized, theory is an integral part of all biological research. Biologists' theoretical and conceptual frameworks inform every step of their research, affecting what experiments they do, what techniques and technologies they develop and use, and how they interpret their data. By examining how theory can help biologists answer questions like 'What are the engineering principles of life?' or 'How do cells really work? The report shows how theory synthesizes biological knowledge from the molecular level to the level of whole ecosystems. The book concludes that theory is already an inextricable thread running throughout the practice of biology; but that explicitly giving theory equal status with other components of biological research could help catalyze transformative research that will lead to creative, dynamic, and innovative advances in our understanding of life.

《21世纪生物学的理论基石》在21世纪，生物学正经历着前所未有的变革，其深度和广度都远远超越了以往。从分子层面揭示生命运作机制，到生态系统层面理解生物间的复杂互动，再到进化层面探究生命的起源与多样性，生物学研究的边界不断被拓展。然而，在这场蓬勃发展的科学浪潮中，理论的作用，尤其是那些能够指导实验设计、整合分散知识、预测新现象并推动学科范式转型的理论，其重要性不容忽视。本书《21世纪生物学的理论基石》并非直接阐述生物学中具体的理论内容，而是聚焦于“理论”本身在当代生物学研究中扮演的角色及其发展演变。它深入探讨了理论是如何成为连接观察、实验与认知的桥梁，如何在浩如烟海的生物数据中提炼出普适性规律，以及如何指引科学家们探索未知的生命奥秘。本书将从以下几个维度展开论述：一、理论的定义与功能在21世纪生物学中的演变：在生物学发展的不同阶段，理论的定义和功能也随之变化。从早期的描述性理论，如林奈的物种分类学，到解释性理论，如达尔文的自然选择学说，再到预测性理论，如分子遗传学的中心法则，理论的工具性价值不断被发掘。本书将分析在大数据、高通量测序、基因编辑等新技术涌现的21世纪，理论的定义是否需要修正，以及它在整合多尺度、跨领域信息，构建生物学知识体系中的核心地位。我们将探讨理论如何从单纯的解释工具，转变为驱动研究方向、激发创新性实验设计、乃至预测未来生物技术发展方向的关键力量。二、支撑21世纪生物学发展的关键理论框架：虽然本书不详述具体理论内容，但会勾勒出支撑当前生物学研究的三大核心理论支柱及其相互关联。信息论视角下的生命：基因组学、转录组学、蛋白质组学等“组学”研究的核心在于解码生命信息。本书将探讨信息论、计算科学等如何在理解遗传信息编码、传递、调控以及生命系统的复杂信息处理过程中发挥指导作用。例如，如何构建模型来预测基因网络的动态行为，或如何利用机器学习算法从海量生物数据中挖掘有价值的模式。系统生物学与复杂性：生命系统是高度复杂的、相互关联的有机整体。本书将分析系统生物学如何作为一种理论范式，引导科学家们超越还原论，从整体层面理解生物体的功能与演化。我们将讨论诸如网络理论、动力学建模等理论工具如何在刻画细胞内信号通路、基因调控网络、生态系统相互作用等方面展现其强大威力，以及这些理论如何帮助我们应对生物学研究中的“复杂性挑战”。进化动力学与适应性：进化仍然是理解生命多样性和适应性的根本理论。本书将探讨在新的研究技术支持下，进化理论如何被进一步细化和拓展，例如，结合分子遗传学、生态学和古生物学数据，构建更精细的进化模型，预测物种的适应性演变轨迹，或是理解微生物群落的动态进化过程。三、理论构建与验证的新范式： 21世纪的生物学研究，其理论的产生和验证方式也在发生深刻变化。数据驱动的理论涌现：过去，理论往往源于少数关键的实验观察。而现在，海量数据的出现使得“数据驱动”的理论涌现成为可能。本书将讨论如何从大数据集中识别出潜在的理论假设，并介绍相应的计算方法和统计工具。计算模拟与理论验证：计算模拟不仅是理论的表达方式，更是验证理论的有力工具。本书将探讨如何通过构建复杂的计算模型来模拟生物过程，预测实验结果，并对理论进行严谨的验证。例如，通过模拟蛋白质折叠过程来验证分子动力学理论，或通过模拟种群动态来检验生态学理论。跨学科融合中的理论创新：生物学研究越来越需要跨越学科界限，与物理学、化学、计算机科学、数学等领域进行深度融合。本书将分析这种跨学科的视角如何促进新理论的产生，例如，物理学中的熵增定律如何在理解生物能量代谢和信息传递中找到新的应用，数学中的图论如何在描绘生物网络时发挥关键作用。四、理论在解决重大生物学问题中的作用：理论的价值最终体现在其解决实际问题的能力上。本书将举例说明，在疾病的诊断与治疗、农业的可持续发展、生物多样性的保护、合成生物学的应用等领域，坚实的理论基础如何指引着研究方向，推动着技术突破，并最终为人类社会带来福祉。例如，基于遗传调控网络的理论理解，如何指导基因疗法的开发；基于生态系统动力学理论的预测，如何帮助我们制定更有效的生物多样性保护策略。《21世纪生物学的理论基石》旨在为读者提供一个关于理论在现代生物学研究中核心地位的全新视角。它鼓励研究者们在拥抱新技术、分析大数据的同时，不忘理论的引领作用，通过构建和完善理论框架，不断深化我们对生命世界的理解，并为解决人类面临的重大挑战提供科学的解决方案。本书将是一本启发思考、指引方向的读物，献给所有致力于推动21世纪生物学发展，并深知理论之于科学进步不可或缺的学者、研究人员和学生。